(57)【要約】      （修正有）【課題】電気的特性を詳細に測定することで、性能に対する効果的な設計、評価や管理を実行できる燃料電池の特性測定方法および特性測定装置を提供する。【解決手段】カソード電極はカソード本電極２Ａと、カソード分割電極２Ｂとに分割され、両者は電気的に分離されている。また、アノード電極はアノード本電極３Ａと、アノード分割電極３Ｂとに分割され、両者は電気的に分離されている。カソード本電極２Ａと、アノード本電極３Ａの間に電子負荷５を接続し、電子負荷５を制御して所定の周波数の交流成分が重畳された既定の負荷をカソード本電極２Ａとアノード本電極３Ａ間に与え、インピーダンス測定を実施する。予定されたすべての測定条件について電圧Ｖ２および電圧Ｖ３の応答特性を取得し、燃料電池の等価回路モデルへのパラメータのフィッティングを行うことで、燃料電池の過電圧と各要素の関係を明らかにする。【選択図】図２
2007066590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置された燃料電池の電気的特性を測定する方法であって、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に負荷を接続するステップと、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に負荷を接続した状態で前記カソード分割電極と前記アノード分割電極の間の電圧を測定するステップと、
を備えることを特徴とする燃料電池の特性測定方法。
【請求項２】
カソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置された燃料電池の電気的特性を測定する方法であって、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に負荷を接続するステップと、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に負荷を接続した状態で前記カソード本電極と前記カソード分割電極の間の電圧を測定するステップと、
を備えることを特徴とする燃料電池の特性測定方法。
【請求項３】
カソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置された燃料電池の電気的特性を測定する方法であって、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に負荷を接続するステップと、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に負荷を接続した状態で前記アノード本電極と前記アノード分割電極の間の電圧を測定するステップと、
を備えることを特徴とする燃料電池の特性測定方法。
【請求項４】
前記負荷に流れる電流に交流成分を重畳させるステップを備え、
前記電圧を測定するステップでは、前記交流成分に対する前記電圧の周波数応答を測定することを特徴とする請求項２または３に記載の燃料電池の特性測定方法。
【請求項５】
測定された前記周波数応答に基づいて、燃料電池の等価回路モデルのパラメータをフィッティングするステップを備えることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池の特性測定方法。
【請求項６】
カソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置された燃料電池の電気的特性を測定する測定装置であって、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に負荷を接続した状態で前記カソード分割電極と前記アノード分割電極の間の電圧を測定する開回路電圧測定手段を備えることを特徴とする燃料電池の特性測定装置。
【請求項７】
カソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置された燃料電池の電気的特性を測定する測定装置であって、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に負荷を接続した状態で前記カソード本電極と前記カソード分割電極の間の電圧を測定するカソード側過電圧測定手段を備えることを特徴とする燃料電池の特性測定装置。
【請求項８】
カソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置された燃料電池の電気的特性を測定する測定装置であって、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に負荷を接続した状態で前記アノード本電極と前記アノード分割電極の間の電圧を測定するアノード側過電圧測定手段を備えることを特徴とする燃料電池の特性測定装置。
【請求項９】
前記負荷に流れる電流に交流成分を重畳させ、
前記カソード側過電圧測定手段は、前記交流成分に対する前記電圧の周波数応答を測定することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池の特性測定装置。
【請求項１０】
前記負荷に流れる電流に交流成分を重畳させ、
前記アノード側過電圧測定手段は、前記交流成分に対する前記電圧の周波数応答を測定することを特徴とする請求項８に記載の燃料電池の特性測定装置。
【請求項１１】
測定された前記周波数応答に基づいて、燃料電池の等価回路モデルのパラメータをフィッティングするフィッティング手段を備えることを特徴とする請求項９または１０に記載の燃料電池の特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池の電気的特性を測定する特性測定方法および特性測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素と酸素とを化学反応させて発電する燃料電池が知られている。燃料電池はエネルギー問題や環境問題に対する１つの解答を与え得るものとして期待されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１１６６２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池は、その発電原理上、あるいはその構造上の理由から種々の電圧損失を発生させる。しかし、燃料電池から取り出される出力電圧を測定するのみでは、個々の電圧損失の寄与がどの程度であるかを特定できず、製造後の検査や経時的な劣化の検査のための充分な情報が得られないという問題がある。例えば、出力電圧のみでは電圧損失がカソード側で発生したものなのか、アノード側で発生したものなのか区別できず、燃料電池の性能に対する評価や管理に限界を生じさせる。
【０００５】
本発明の目的は、電気的特性を詳細に測定することで、性能に対する効果的な評価や管理を実行できる燃料電池の特性測定方法および特性測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の燃料電池の特性測定方法は、カソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置された燃料電池の電気的特性を測定する方法であって、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に負荷を接続するステップと、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に負荷を接続した状態で前記カソード分極電極と前記アノード分割電極の間の電圧を測定するステップと、を備えることを特徴とする。
この燃料電池の特性測定方法によれば、カソード本電極とアノード本電極の間に負荷を接続した状態でカソード分極電極とアノード分割電極の間の電圧を測定するので、燃料電池の開回路電圧を測定することができる。
【０００７】
本発明の燃料電池の特性測定方法は、カソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置された燃料電池の電気的特性を測定する方法であって、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に負荷を接続するステップと、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に負荷を接続した状態で前記カソード本電極と前記カソード分割電極の間の電圧を測定するステップと、を備えることを特徴とする。
この燃料電池の特性測定方法によれば、カソード本電極とアノード本電極の間に負荷を接続した状態でカソード本電極とカソード分割電極の間の電圧を測定するので、カソード側の過電圧を独立して測定できる。
【０００８】
本発明の燃料電池の特性測定方法は、カソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置された燃料電池の電気的特性を測定する方法であって、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に負荷を接続するステップと、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に負荷を接続した状態で前記アノード本電極と前記アノード分割電極の間の電圧を測定するステップと、を備えることを特徴とする。
この燃料電池の特性測定方法によれば、カソード本電極とアノード本電極の間に負荷を接続した状態でアノード本電極とアノード分割電極の間の電圧を測定するので、アノード側の過電圧を独立して測定できる。
【０００９】
前記負荷に流れる電流に交流成分を重畳させるステップを備え、前記電圧を測定するステップでは、前記交流成分に対する前記電圧の周波数応答を測定してもよい。
【００１０】
測定された前記周波数応答に基づいて、燃料電池の等価回路モデルのパラメータをフィッティングするステップを備えてもよい。
【００１１】
本発明の燃料電池の特性測定装置は、カソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置された燃料電池の電気的特性を測定する測定装置であって、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に負荷を接続した状態で前記カソード分割電極と前記アノード分割電極の間の電圧を測定する開回路電圧測定手段を備えることを特徴とする。
この燃料電池の特性測定装置によれば、カソード本電極とアノード本電極の間に負荷を接続した状態でカソード分割電極とアノード分割電極の間の電圧を測定するので、燃料電池の開回路電圧を測定することができる。
【００１２】
本発明の燃料電池の特性測定装置は、カソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置された燃料電池の電気的特性を測定する測定装置であって、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に負荷を接続した状態で前記カソード本電極と前記カソード分割電極の間の電圧を測定するカソード側過電圧測定手段を備えることを特徴とする。
この燃料電池の特性測定装置によれば、カソード本電極とアノード本電極の間に負荷を接続した状態でカソード本電極とカソード分割電極の間の電圧を測定するので、カソード側の過電圧を独立して測定できる。
【００１３】
本発明の燃料電池の特性測定装置は、カソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置された燃料電池の電気的特性を測定する測定装置であって、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に負荷を接続した状態で前記アノード本電極と前記アノード分割電極の間の電圧を測定するアノード側過電圧測定手段を備えることを特徴とする。
この燃料電池の特性測定装置によれば、カソード本電極とアノード本電極の間に負荷を接続した状態でアノード本電極とアノード分割電極の間の電圧を測定するので、アノード側の過電圧を独立して測定できる。
【００１４】
前記負荷に流れる電流に交流成分を重畳させ、前記カソード側過電圧測定手段は、前記交流成分に対する前記電圧の周波数応答を測定してもよい。
【００１５】
前記負荷に流れる電流に交流成分を重畳させ、前記アノード側過電圧測定手段は、前記交流成分に対する前記電圧の周波数応答を測定してもよい。
【００１６】
測定された前記周波数応答に基づいて、燃料電池の等価回路モデルのパラメータをフィッティングするフィッティング手段を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の燃料電池の特性測定方法によれば、カソード本電極とアノード本電極の間に負荷を接続した状態でカソード分極電極とアノード分割電極の間の電圧を測定するので、燃料電池の開回路電圧を測定することができる。
【００１８】
本発明の燃料電池の特性測定方法によれば、カソード本電極とアノード本電極の間に負荷を接続した状態でカソード本電極とカソード分割電極の間の電圧を測定するので、カソード側の過電圧を独立して測定できる。
【００１９】
本発明の燃料電池の特性測定方法によれば、カソード本電極とアノード本電極の間に負荷を接続した状態でアノード本電極とアノード分割電極の間の電圧を測定するので、アノード側の過電圧を独立して測定できる。
【００２０】
本発明の燃料電池の特性測定装置によれば、カソード本電極とアノード本電極の間に負荷を接続した状態でカソード分割電極とアノード分割電極の間の電圧を測定するので、燃料電池の開回路電圧を測定することができる。
【００２１】
本発明の燃料電池の特性測定装置によれば、カソード本電極とアノード本電極の間に負荷を接続した状態でカソード本電極とカソード分割電極の間の電圧を測定するので、カソード側の過電圧を独立して測定できる。
【００２２】
本発明の燃料電池の特性測定装置によれば、カソード本電極とアノード本電極の間に負荷を接続した状態でアノード本電極とアノード分割電極の間の電圧を測定するので、アノード側の過電圧を独立して測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図１〜図７を参照して、本発明による燃料電池の特性測定方法の一実施形態について説明する。
【００２４】
図１（ａ）は測定対象である燃料電池の構成を示す断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の右方から見た平面図である。
【００２５】
図１（ａ）に示すように、本実施形態の燃料電池１００は、燃料電池１００をカソード側とアノード側に区画する固体高分子膜１を備える固体高分子型燃料電池である。カソード側には、固体高分子膜１の側から左方に向けて、カソード触媒層２１Ａ及び２１Ｂ、カソード拡散層２２Ａ及び２２Ｂ、およびカソード電極が、順次積層されている。また、アノード側には、固体高分子膜１の側から右方に向けて、アノード触媒層３１Ａ及び３１Ｂ、アノード拡散層３２Ａ及び３２Ｂ、およびアノード電極が、順次積層されている。これらの層は、カソード電極およびアノード電極が形成された領域において実質的に均一に形成されており、カソード電極およびアノード電極は互いに対向して配置されている。
【００２６】
また、カソード電極とケース４の間にはカソードガス流路２６が、アノード電極とケース４の間にはカソードガス流路３６が、それぞれ形成されている。カソード電極には酸化剤（空気、若しくは、酸素）、アノード電極には燃料ガスが与えられる。カソードガス流路２６およびカソードガス流路３６の形状は図示されていないが、これらの流路は燃料ガスと酸化剤の供給量（濃度）を制御するための形状に適宜形成される。
【００２７】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、カソード電極はカソード本電極２Ａと、カソード分割電極２Ｂとに分割され、両者は電気的に分離されている。また、アノード電極はアノード本電極３Ａと、アノード分割電極３Ｂとに分割され、両者は電気的に分離されている。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、カソード分割電極２Ｂおよびアノード分割電極３Ｂは、カソード電極およびアノード電極の比較的小さな同一領域に設けられ、互いに対向して配置されている。
【００２８】
図１（ａ）に示すように、カソード本電極２Ａには端子２４が、カソード分割電極２Ｂには端子２５が、それぞれ接続され、ケース４の外部に引き出されている。また、アノード本電極３Ａには端子３４が、アノード分割電極３Ｂには端子３５が、それぞれ接続され、ケース４の外部に引き出されている。
【００２９】
図２は燃料電池の電気的特性を測定する方法を示す図である。
【００３０】
図２に示すように、端子２４および端子３４を介して、カソード本電極２Ａおよびアノード本電極３Ａの間に電子負荷５が接続される。また、端子２４、端子２５、端子３４および端子３５を介して、カソード本電極２Ａ、カソード分割電極２Ｂ、アノード本電極３Ａおよびアノード分割電極３Ｂの電位が測定される。
【００３１】
図２に示すように、燃料電池１００の発電時に、カソード本電極２Ａとアノード本電極３Ａ間のセル電圧Ｖ、カソード分割電極２Ｂとアノード分割電極３Ｂ間の電圧Ｖ１、アノード分割電極３Ｂとアノード本電極３Ａ間の電圧Ｖ２、カソード分割電極２Ｂとカソード本電極２Ａ間の電圧Ｖ３が、それぞれ測定される。
【００３２】
図３は燃料電池の電圧特性を説明する図である。図３に示すように、セル電圧Ｖは理論開回路電圧Ｖｏｃから、各種の過電圧あるいは損失電圧を減算したものとして示される。燃料電池１００の性能の点で、これらの過電圧あるいは損失電圧を抑制することが望まれる。
【００３３】
一般に、カソード側の過電圧としては、カソード活性化過電圧Ｖｃａ１と、カソード濃度過電圧Ｖｃａ２とが存在すると考えられる。カソード活性化過電圧Ｖｃａ１はカソード側での化学反応に要するエネルギーに、カソード濃度過電圧Ｖｃａ２はカソード側のガス濃度に、それぞれ依存する過電圧である。また、アノード側の過電圧としては、アノード活性化過電圧Ｖａｎ１と、アノード濃度過電圧Ｖａｎ２とが存在すると考えられる。アノード活性化過電圧Ｖａｎ１はアノード側での化学反応に要するエネルギーに、アノード濃度過電圧Ｖａｎ２はアノード側のガス濃度に、それぞれ依存する過電圧である。なお、図３において、理論開回路電圧Ｖｏｃは発電条件、すなわち、温度、供給ガス圧による補正がなされている。また、燃料電池１００各部の膜抵抗を含む抵抗過電圧Ｖｒをカソード側に集約して示している。
【００３４】
カソード分割電極２Ｂとアノード分割電極３Ｂ間の電圧Ｖ１と、理論開回路電圧Ｖｏｃとの差は、固体高分子膜１を介しての燃料クロスオーバーに起因する損失電圧Ｖｃｏに対応すると考えられる。
【００３５】
本実施形態では、電圧Ｖ２がアノード側の過電圧に、電圧Ｖ３がカソード側の過電圧に、それぞれ対応しており、アノード側の過電圧とカソード側の過電圧とを分離して測定できる。したがって、性能の管理に必要な情報として、より詳細で有用な情報を得ることができる。
【００３６】
これらの過電圧は、燃料電池１００の製造後の検査や出荷時検査における評価対象として利用できる。また、過電圧を測定することで、燃料電池の経時変化を調べることもできる。例えば、長期的には、膜劣化などで固体高分子膜１を介する燃料ガスの透過率が高くなり、上記過電圧Ｖｃｏが増加する。このため、過電圧Ｖｃｏの値を、膜の劣化の程度を判断するための管理値として用いることができる。
【００３７】
また、図３に示すように、「Ｖ１＝Ｖ＋Ｖ２＋Ｖ３」の関係がある。このため、Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の電圧をすべて測定する場合には、測定値を用いた検算をすることができ、測定の信頼性を向上させることができる。
【００３８】
電気的インピーダンスの測定結果を等価回路モデルフィッティングすることで、アノード側の活性化過電圧、濃度過電圧、膜抵抗過電圧、カソード側の活性化過電圧、濃度過電圧の分離が可能になる。このモデル化により燃料電池の各要素（拡散層、触媒層、膜）と各過電圧を関係付けることができ、性能向上のための設計フィードバックが可能になる。また、出荷時の合否判断において理想（設計）モデルとの比較、差分管理が要素毎に可能となる。経時劣化評価においては初期等価回路定数の変化を指標とすることができる。
【００３９】
図４は、燃料電池１００の電気的特性を測定する測定装置の構成を示すブロック図である。
【００４０】
図４に示すように、測定装置７０は、上記電圧Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３、電子負荷によって取り出している電流値、アノードガス温度及びガス圧力、カソードガス温度及びガス圧力を取得する計測部７１と、計測部７１を介して得られた電圧値に基づく演算を実行する演算部７２と、計測部７１により取得した電圧値あるいは演算部７２における演算結果を出力する出力部７３と、計測部７１、演算部７２、出力部７３および上記電子負荷５を制御する制御部７４とを備える。
【００４１】
図５は測定装置７０の動作手順を示すフローチャートである。この手順は制御部７４の制御に基づいて実行される。
【００４２】
図５のステップＳ１〜ステップＳ６は、燃料電池の過電圧の直流成分の分離の測定手順を示している。
【００４３】
図５のステップＳ１では、電子負荷５を制御して既定の直流負荷をカソード本電極２Ａとアノード本電極３Ａ間に与え、直流成分を測定可能な状態に設定する。次に、ステップＳ２では計測部７１により上記電圧Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を取得する。
【００４４】
次に、ステップＳ３では、演算部７２において、取得された電圧Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を用いて検算を行い、正常な測定が実行されているか否か判断する。ここでは、「Ｖ１＝Ｖ＋Ｖ２＋Ｖ３」の関係が成り立つかどうか判断し、判断が肯定されればステップＳ４へ進み、判断が否定されればステップＳ２へ戻って電圧Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を再度取得する。
【００４５】
ステップＳ４では、出力部７３を介して、取得された電圧Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のデータを出力若しくは記憶する。出力もしくは記憶された電圧Ｖ１若しくはＶ＋Ｖ２＋Ｖ３を用いることで、図３で示した、燃料クロスオーバーに起因する損失電圧Ｖｃｏ（Ｖｃｏはアノードのガス温度、ガス圧力、カソードのガス温度、ガス圧力によって補正された理論ＶｏｃからＶ１（或いは、Ｖ＋Ｖ２＋Ｖ３）を引くことで求められる）を算出することができる。
【００４６】
次に、ステップＳ５では、予定されたすべての測定条件について測定が終了したか否か判断し、判断が肯定されれば一連の処理を終了し、判断が否定されればステップＳ６で直流電流値を変更しステップＳ１へ戻る。この場合、ステップＳ１では、次の負荷条件に合わせて電子負荷５を制御し、上記の測定手順（ステップＳ２〜ステップＳ５）を繰り返す。
【００４７】
以上の手順により、測定条件を変更しつつ、燃料電池１００の開回路電圧Ｖ１、クロスオーバー過電圧Ｖｃｏ、アノード過電圧Ｖ２、抵抗過電圧を含むカソード過電圧Ｖ３、セル電圧Ｖの直流成分が分離して測定される。
【００４８】
図６のステップＳ１１〜ステップＳ２３は、交流成分の測定手順を示している。
【００４９】
図６のステップＳ１１では、電子負荷５を制御して所定の直流電流の負荷をカソード本電極２Ａとアノード本電極３Ａ間に与える。次に、ステップＳ１２では計測部７１により上記電圧Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３、電流値Ａを取得する。
【００５０】
次に、ステップＳ１３では、演算部７２において、取得された電圧Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を用いて検算を行い、正常な測定が実行されているか（Ｖ１＝Ｖ＋Ｖ２＋Ｖ３）否か判断する。判断が肯定されればステップＳ１４へ進み、判断が否定されればステップＳ１２へ戻って電圧Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を再度取得する。
【００５１】
ステップＳ１４では、出力部７３を介して、取得された電圧Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３、電流値Ａのデータを出力若しくは記憶する。出力された電圧Ｖ１若しくはＶ＋Ｖ２＋Ｖ３を用いることで、図３で示した燃料クロスオーバーに起因する損失電圧Ｖｃｏ（Ｖｃｏはアノードのガス温度、ガス圧力、カソードのガス温度、ガス圧力によって補正された理論ＶｏｃからＶ１（或いは、Ｖ＋Ｖ２＋Ｖ３）を引くことで求められる）を算出することができる。
【００５２】
ステップＳ１５では負荷に所望の振幅、周波数の交流電流を重畳し、ステップＳ１６では上記電圧Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３、電流値の波形を取得する。ステップＳ１７ではインピーダンス演算を行う。
【００５３】
次に、ステップＳ１８では、予定されたすべての測定条件、例えば、すべての周波数について測定が終了したか否か判断し、判断が肯定されればステップＳ２０に進み、判断が否定されればステップＳ１９で重畳交流の周波数を変更しステップＳ１５へ戻る
【００５４】
次に、ステップＳ２０では、予定されたすべての測定条件が終了したか否か判断し、判断が肯定されれば一連の処理を終了し、判断が否定されればステップＳ２１で直流電流値を変更しステップＳ１１へ戻る。この場合、ステップＳ１９では、次の測定条件に合わせて電子負荷５を制御し、上記の測定手順（ステップＳ１２〜ステップＳ１７）を繰り返す。
【００５５】
以上の手順により、カソード本電極２Ａとアノード本電極３Ａ間の負荷に加える交流成分の周波数を変化させたときの、電圧Ｖ２および電圧Ｖ３の応答特性を取得することができる。
【００５６】
次に、ステップＳ２２では、演算部７２において、電圧Ｖ２，電圧Ｖ３のインピーダンスの周波数特性から、燃料電池の等価回路モデルのパラメータのフィッティングを行い、ステップＳ２３で結果出力を行う。
【００５７】
図７は燃料電池の等価回路モデルの一例を示す図である。図７において、並列接続されたコンデンサＣｃａ１および抵抗Ｒｃａ１はカソードの反応インピーダンスに、並列接続されたコンデンサＣｃａ２および抵抗Ｒｃａ２はカソードの拡散インピーダンスに、並列接続されたコンデンサＣａｎ１および抵抗Ｒａｎ１はアノードの反応インピーダンスに、並列接続されたコンデンサＣａｎ２および抵抗Ｒａｎ２はアノードの拡散インピーダンスに、それぞれ対応する。また、抵抗Ｒｉｒは固体高分子膜１の抵抗値および各接触抵抗に対応する。
【００５８】
図３に示したカソード活性化過電圧Ｖｃａ１、カソード濃度過電圧Ｖｃａ２、アノード活性化過電圧Ｖａｎ１、アノード濃度過電圧Ｖａｎ２および抵抗過電圧Ｖｒは、ぞれぞれ、カソードの反応インピーダンス、カソードの拡散インピーダンス、アノードの反応インピーダンス、アノードの拡散インピーダンスおよび抵抗Ｒｉｒに基づき発生する。
【００５９】
ステップＳ２２では、これらのコンデンサの容量および抵抗の抵抗値を負荷電流と電圧Ｖ２（或いは、電圧Ｖ３）の位相関係、ゲイン関係の周波数特性により図７のモデルでフィッティングする。本実施形態では、カソード側の過電圧を電圧Ｖ３として、アノード側の過電圧を電圧Ｖ２として、それぞれ取得することができる。このため、カソードの反応インピーダンスおよびカソードの拡散インピーダンスに対応する容量および抵抗値は電圧Ｖ３と電流の位相とゲインの負荷電流に対する周波数特性に基づき、アノードの反応インピーダンスおよびアノードの拡散インピーダンスに対応する容量および抵抗値は電圧Ｖ２と電流の位相とゲインの負荷電流に対する周波数特性に基づき、それぞれ独立して算出することが可能になる。従来のセル電圧Ｖと負荷電流の関係からのフィッティングでは、５つのインピーダンス（反応、拡散、抵抗）へのモデル化は可能であっても組み合わせは分からない。
【００６０】
次に、ステップＳ２３では、フィッティングによる算出結果を、出力部７４を介して出力若しくは記憶し、一連の手順を終了する。
【００６１】
以上のように、本実施形態では、互いに対向して配置されたカソード電極およびアノード電極の一部をカソード分割電極２Ｂおよびアノード分割電極３Ｂとしている。このため、カソード分割電極２Ｂおよびアノード分割電極３Ｂに、カソード本電極２Ａおよびアノード本電極３Ａと同一の位置関係やガス濃度等の条件を与えることができる。
【００６２】
発電中においても、開回路電圧Ｖ１を測定することができる。このため、発電中のアノード、カソードの各端子との電位差（Ｖ２、Ｖ３）、言い換えれば、アノードとカソードの過電圧を分離して測定することが可能になり、等価回路モデルへのフィッティングを精緻なものとすることができる。
【００６３】
また、算出された燃料クロスオーバーに起因する損失電圧Ｖｃｏやカソード側の過電圧、あるいはアノード側の過電圧に基づいて、燃料電池の初期特性や経年的な変化を数値化して管理することができる。
【００６４】
活性化過電圧は触媒の、濃度過電圧は拡散層およびガス流路の、抵抗過電圧は主に電解質膜のそれぞれの設計と密接な関係があるため、それぞれの要素の設計値へのフィードバック、設計許容値への反映が可能となる。
【００６５】
上記実施形態では、カソード分割電極２Ｂおよびアノード分割電極３Ｂの面積を、カソード本電極２Ａおよびアノード本電極３Ａに比較してそれぞれ小さく形成したが、面積の関係は制限されない。
【００６６】
図８（ａ）はカソード電極およびアノード電極を、それぞれ同等の大きさに２分した燃料電池の例を示す平面図である。
【００６７】
図８（ａ）の例では、カソード電極およびアノード電極を、それぞれ同等の大きさのカソード電極１０２Ａ，１０２Ｂと、アノード電極１０３Ａ，１０３Ｂとに分離している。この場合、図８（ｂ）に示すように、カソード電極１０２Ａとアノード電極１０３Ａの間に電子負荷５を接続し、カソード電極１０２Ａを上記カソード本電極２Ａに、カソード１０２Ｂを上記カソード分割電極２Ｂに、アノード電極１０３Ａを上記アノード本電極３Ａに、アノード電極１０３Ｂを上記アノード分割電極３Ｂに、それぞれ対応させて測定を行うことにより、上記実施形態と同様の測定値を得ることができる。
【００６８】
この場合、図８（ｃ）に示すように、燃料電池の実使用時には、カソード電極１０２Ａとカソード電極１０２Ｂ、およびアノード電極１０３Ａとアノード電極１０３Ｂを、それぞれ合わせて実負荷６に接続し、すべての電極を用いて電流を取り出すことができる。したがって、電極の分離に起因する発電効率の低下を防止できる。
【００６９】
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、固体高分子型燃料電池に対する電気的特性の測定に限らず、すべての燃料電池に対する測定について広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本実施形態の燃料電池の構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図。
【図２】燃料電池の電気的特性を測定する方法を示す図。
【図３】燃料電池の電圧特性を説明する図。
【図４】燃料電池の電気的特性を測定する測定装置の構成を示すブロック図。
【図５】測定装置の動作手順を示すフローチャート。
【図６】測定装置の動作手順を示すフローチャート。
【図７】燃料電池の等価回路モデルの一例を示す図。
【図８】燃料電池の別の電極構造を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は電気的特性を測定する方法を示す図、（ｃ）は燃料電池の実使用時の接続状態を示す図。
【符号の説明】
【００７１】
１      固体高分子膜
２Ａ    カソード本電極
２Ｂ    カソード分割電極
３Ａ    アノード本電極
３Ｂ    アノード分割電極
５      電子負荷（負荷）
７０    測定装置
７１    計測部（開回路電圧測定手段、カソード側過電圧測定手段、アノード側過電圧測定手段）
７２    演算部（フィッティング手段）
１００  燃料電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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